制药流体工艺系统—过滤

过滤的概念

过滤是制药流体工艺系统中应用最为广泛的单元操作之一。图2.47是制药工艺中常见的颗粒类型及其尺寸，制药企业可结合颗粒大小和性质选择合适的过滤方法。下面一起跟真空均质乳化机小编一起来看一下常见的颗粒类型及其尺寸！

100μm

80发丝直径

60

40肉眼可见尘埃粒子

20

10

8毛细血管管径

5酵母

3

1大肠杆菌

0.6沙门菌

0.5

0.4假单细胞

0.3

图2.47常见的颗粒类型及其尺寸

 

过滤的定义

过滤是指在泵或气体等推动力的作用下，让液体或气体通过某种过滤介质，使原料中的部分物质被截留在介质上游，从而起到分离作用的过程。膜过滤是无菌制药生产的核心工艺，膜分离原理如下图2.48所示，相1为原料或上游，相2为渗透物或下游，原料混合物中某一组分可以比其他组分更快的通过膜而传递到下游，从而实现分离。

 

图2.48膜过滤原理

 

过滤的分类

根据过滤的目的，制药工业中过滤可分为预过滤、微生物负荷控制过滤、除菌级过滤、支原体控制过滤和除病毒过滤等。

1. 预过滤的膜孔径一般大于0.45μm，主要用于去除大的颗粒并保护下游过滤器；
2. 微生物负荷控制过滤的膜孔径一般为0.45μm或0.22μm等，其主要目的是降低流体的微生物负荷，但不属于绝对去除的概念；
3. 除菌级过滤的膜孔径一般为0.22μm或0.1μm,它可以去除所有可以鉴别的活的微生物，绝大多数情况采用0.22μm除菌级过滤器，有时也采用0.lμm过滤器去除微小细菌；
4. 支原体控制过滤的膜孔径0.1μm，它可将支原体负荷完全去除或降低到可接受水平；
5. 除病毒过滤的膜孔径小于0.lμm,如50nm或20nm,它可去除不大于20nm的病毒。

 

过滤机理的分类

过滤机理可分为大小排除原理和吸附原理两种。

A大小排除原理

也称拦截过滤，是指根据滤膜的孔径大小进行筛选并截留比孔径大的过滤物，该机理中滤膜可以被想像成一个简单的筛网并拦截比膜孔大的颗粒物，如图2.49中黑色颗粒物被截留在滤膜表面。

 

图2.49大小排除原理

B吸附原理

在实际过滤中，滤膜不仅可以滤除大于膜孔的颗粒，也能截留住比自身膜孔小的物质，这正是由于过滤机理中的吸附原理。

吸附是基于静电原理使微小的颗粒物被滤膜内部结构吸附截留，当一个带有静电的物体靠近另一个不带静电的物体时，会产生“静电吸附”现象。

在过滤时，微粒之间互相摩擦会产生静电，当这些微粒接触到过滤膜内部时，很容易撞击到膜内部弯曲的孔道随即被吸附住。

与液体过滤相比，气体过滤中吸附原理起到了至关重要的作用。在气体过滤时，微粒按布朗运动在气体内任意运动，大于膜孔径的大颗粒主要通过大小排除原理进行去除；相当于0.1~1倍膜孔径的中等颗粒主要通过中途拦截与碰撞原理进行去除；相当于0.001~0.01倍膜孔径的小颗粒主要通过扩散拦截与电子捕获原理进行去除（图2.50)。

同一只过滤器在过滤干燥气体时的精度远远高于过滤液体时的精度，例如，某过滤器在进行液体过滤时，其精度为0.22pm;当进行气体过滤时，其精度可达到0.003μm。

 

图2.50扩散拦截机理